Inhibitory activity against pathogenic bacteria of streptomycetes isolated from natural soil resources

Abstract

Bacterial infections still remain a major public health problem worldwide, particularly caused by multidrug resistant bacteria. Most bacterial diseases can be treated with antimicrobial agents. However, these drugs have been used so widely and so long that the infectious strains have rapidly adapted to resist the drugs, making the drugs less effective. Each year, million people become infected with the antibiotic-resistant bacteria and die as a result of these infections. Hence, discovery of a new drug to combat these infections is urgently needed. Streptomycetes is major group of soil bacteria ubiquitous in natural resources. These bacteria have shown to be a remarkably rich source of natural products, accounting for the production of two-thirds of available antibiotics. Thailand has been a land rich in natural bioresources, including soil microorganisms. Therefore, the objective of this work is to search streptomycetes isolated from Thai natural resources for antibacterial activity. The authors have isolated fifty Streptomyces strains from soils collected from various geographic natural resources of Thailand. The 50 different isolates were determined for antimicrobial activity against various standard strains of pathogenic bacteria using agar plug methods. The infectious bacteria include Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa and Enterobacter aerogenes. The antimicrobial-producing Streptomyces isolates exhibited clear zone of inhibition around their agar plugs containing the colony. Among the fifty Streptomyces, 10 isolates (20 %) (strains SMC2, SMC30, SMC31, SMC47, SMC53, SMC56, SMC95, SMC146, SMC235 and SMC270) showed antimicrobial activities. Five strains (SMC30, SMC31, SMC56, SMC95, SMC270) showed growth inhibition against E. faecalis. Seven strains (SMC2, SMC30, SMC31, SMC53, SMC56, SMC235, SMC270) against S. aureus. Two strains (SMC31, SMC47) against K. pneumoniae. A strain of SMC47 against A. baumannii and E. aerogenes, and a strain of SMC146 against P. aeruginosa. The potent antibacterial agents of Streptomyces candidates were also subject to extraction and assay for the antimicrobial activity against the ESKAPE pathogens. The antimicrobial agents will be further isolated and purified. These will be useful as chemotherapeutics in the future.

การติดเชื้อแบคทีเรียยังคงเป็นปัญหาสำคัญต่อสาธารณสุขทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการติดเชื้อแบคทีเรียดื้อยาต้านจุลชีพหลายขนาน โรคที่เกิดจากการติดเชื้อแบคทีเรียส่วนใหญ่สามารถรักษาได้ด้วยยาต้านจุลชีพ อย่างไรก็ตามยาเหล่านี้เคยถูกนำมาใช้กันอย่างกว้างขวางและเป็นระยะเวลานาน ทำให้เชื้อมีการปรับตัวให้ทนต่อยาอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ยาที่ใช้รักษามีประสิทธิภาพน้อยลง ในแต่ละปีมีผู้ป่วยติดเชื้อแบคทีเรียดื้อยานับล้านคน และจากการติดเชื้อเหล่านี้นำไปสู่การเสียชีวิต ดังนั้นการค้นพบยาปฏิชีวนะใหม่สำหรับการรักษาจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างเร่งด่วน สเตรปโตมัยซีตเป็นกลุ่มแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดินพบได้ทั่วไปตามธรรมชาติ แบคทีเรียเหล่านี้ถือเป็นแหล่งที่อุดมสมบูรณ์ไปด้วยผลิตภัณฑ์ทางธรรมชาติที่ถูกนำมาใช้ในการผลิตยาปฏิชีวนะมากถึงสองในสามของที่มีอยู่ ประเทศไทยเป็นดินแดนที่อุดมไปด้วยทรัพยากรทางธรรมชาติรวมทั้งจุลินทรีย์ในดิน ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษานี้ คือการค้นหาสารออกฤทธิ์ต้านจุลชีพจากสเตรปโตมัยซีต (Streptomyces) ที่แยกได้จากแหล่งทรัพยากรธรรมชาติของไทย ได้ทำการแยกสเตรปโตมัยซีตจำนวน 50 สายพันธุ์จากดินที่เก็บรวบรวมได้จากแหล่งธรรมชาติที่แตกต่างกันทางภูมิศาสตร์ของประเทศไทย เชื้อจำนวน 50 สายพันธุ์ที่แตกต่างกันนี้ได้ถูกนำไปศึกษาการออกฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรียก่อโรคสายพันธุ์มาตรฐาน ประกอบด้วย Enterococcus faecalis Staphylococcus aureus Klebsiella pneumoniae Acinetobacter baumanniiPseudomonas aeruginosa และ Enterobacter aerogenes โดยนำไปทดสอบด้วยวิธีการวางชิ้นวุ้น สเตรปโตมัยซีตสายพันธุ์ที่สร้างสารต้านจุลชีพได้จะแสดงการออกฤทธิ์ยับยั้งเป็นวงใสชัดเจนรอบชิ้นวุ้น ผลจากการศึกษาพบว่ามีสเตรปโตมัยซีตเพียงจำนวน 10 สายพันธุ์ (คิดเป็นร้อยละ 20) ได้แก่สายพันธุ์ SMC2 SMC30 SMC31 SMC47 SMC53 SMC56 SMC95 SMC146 SMC235 และ SMC270 ที่แสดงการออกฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรียก่อโรคได้ สเตรปโตมัยซีต 5 สายพันธุ์ได้แก่ SMC30 SMC31 SMC56 SMC95 และ SMC270 แสดงฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อ E. faecalis สเตรปโตมัยซีต 7 สายพันธุ์ได้แก่ SMC2 SMC30 SMC31 SMC53 SMC56 SMC235 และ SMC270 ยับยั้งการ เจริญของเชื้อ S. aureus สเตรปโตมัยซีตจำนวนสองสายพันธุ์ได้แก่ SMC31 และ SMC47 ยับยั้งการเจริญของเชื้อ K. pneumoniaeส่วนสายพันธุ์ SMC47 ยับยั้งการเจริญของเชื้อ A. baumannii และ E. aerogenes และสายพันธุ์ SMC146 ยับยั้งการเจริญของเชื้อ P. aeruginosa สเตรปโตมัยซีตที่ผ่านการคัดเลือกมีประสิทธิภาพในการออกฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรียก่อโรคได้ถูกนำไปทำการสกัดแยกสารเพื่อทดสอบกับเชื้อก่อโรคกลุ่ม ESKAPE ขั้นตอนต่อไปจะทำการแยกสารให้ได้บริสุทธิ์ ซึ่งสารที่ได้นี้จะมีประโยชน์เชิงเคมีบำบัดต่อไปในอนาคต